照明系统和激光投影设备

技术领域

本申请涉及投影技术领域，特别涉及一种照明系统和激光投影设备。

背景技术

目前，在设计照明系统时，会避免光阀(英文：Digital Micromirror Device；简写：DMD)上产生暗带，暗带即指在照明系统中，光源发出的光束投射至光阀上时不能将光阀完全覆盖，从而在成像画面边缘产生的彩色暗影。

一种照明系统，包括光导管，该光导管为实心光导管，包括入光口以及出光口，其中，入光口和出光口为形状面积均一致的矩形，光束从光导管的入光口进入，再从光导管的出光口射向照明系统中的光阀，在经过光导管的过程中完成光束匀化以及光斑优化。该光导管的尺寸根据该照明系统中的光阀的尺寸设置，即可以避免产生暗带。

上述照明系统中，光导管只能输出一种尺寸的光束，即光导管只能与一种尺寸的光阀相匹配，对于不同尺寸的光阀，需要重新设计、制造与其相匹配的光导管，导致照明系统的适配性较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种照明系统和激光投影设备。所述技术方案如下：

根据本申请的一方面，提供了一种照明系统，所述照明系统包括：包括沿光路方向依次设置的光导管组件、棱镜组件以及光阀，所述光导管组件包括实心光导管以及空心光导管单元；

所述空心光导管单元包括套在所述实心光导管外的第一空心光导管，所述第一空心光导管能够在所述实心光导管的长度方向上的第一位置和第二位置间移动，所述第一空心光导管位于所述第一位置时，所述实心光导管的出光口与所述第一空心光导管的入光口连接，所述第一空心光导管位于所述第二位置时，所述实心光导管的出光口用于将光束输出所述光导管组件，所述第一空心光导管的出光口的尺寸与所述实心光导管的出光口的尺寸不同。

可选地，所述空心光导管单元还包括管状的套接件，所述套接件与所述第一空心光导管的入光口连接，且套在所述实心光导管外，所述套接件的内壁的形状以及尺寸与所述实心光导管的外壁的形状以及尺寸匹配。

可选地，所述第一空心光导管的入光口的尺寸小于所述第一空心光导管的出光口的尺寸。

可选地，所述第一空心光导管的出光口的尺寸与第一尺寸的光阀匹配。

可选地，所述实心光导管的出光口的尺寸与第二尺寸的光阀匹配，所述第二尺寸小于所述第一尺寸。

可选地，所述光导管组件还包括承载支架，所述承载支架包括活动连接的第一支架和第二支架，所述第一支架和所述第二支架能够沿第一方向相对移动，所述第一空心光导管安装于所述第一支架上，所述实心光导管安装于所述第二支架上，所述实心光导管的长度方向与所述第一方向平行。

可选地，所述空心光导管单元还包括套在所述第一空心光导管外的第二空心光导管。

可选地，所述光阀的尺寸为第一尺寸，所述第一空心光导管处于第一位置，所述实心光导管的出光口与所述第一空心光导管的入光口连接，所述第一空心光导管的出光口的尺寸与所述第一尺寸的光阀匹配。

可选地，所述光阀的尺寸为第二尺寸，所述光导管组件中的第一空心光导管处于第二位置，所述实心光导管的出光口的尺寸与所述第二尺寸的光阀匹配。

根据本申请的另一方面，提供了一种激光投影设备，该激光投影设备包括上述的照明系统。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

提供了一种包括沿光路方向依次设置的光导管组件、棱镜组件以及光阀的照明系统，其中，光导管组件包括实心光导管以及空心光导管单元，空心光导管单元包括套在实心光导管外的第一空心光导管，第一空心光导管能够在实心光导管的长度方向上的两个位置间移动，以使得光束能够从第一空心光导管的出光口或者实心光导管的出光口输出。由于第一空心光导管的出光口的尺寸与实心光导管的出光口的尺寸不同，该光导管组件可以输出两种不同尺寸的光束，使得该光导管组件可以适配两种不同尺寸的光阀，进而使得该照明系统可以适配两种不同尺寸的光阀。可以解决相关技术中照明系统的适配性较低的问题，达到了提高照明系统的适配性的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种照明系统的结构示意图；

图2是本图1所示的照明系统中的光导管组件的结构示意图；

图3是图2所示的光导管组件的透视结构示意图；

图4是本申请实施例示出的另一种光导管组件的透视结构示意图；

图5为图3所示的光导管组件的截面结构示意图；

图6是图1所示的照明系统中的光导管组件与光阀的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的另一种光导管组件与光阀的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种承载支架的结构示意图；

图9是图1所示的照明系统的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的另一种照明系统的结构示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，图1是本申请实施例提供的一种照明系统的结构示意图，照明系统包括沿光路方向依次设置的光导管组件10、棱镜组件20以及光阀30，棱镜组件20可以包括全内反射棱镜。

如图2所示，图2是图1所示的照明系统中的光导管组件的结构示意图，该光导管组件包括：实心光导管11以及空心光导管单元12；空心光导管单元12包括套在实心光导管11外的第一空心光导管121，第一空心光导管121能够在实心光导管11的长度方向f0上的第一位置A1和第二位置A2间移动。即第一空心光导管121可以沿着实心光导管11的主光轴C1所在的方向移动，实心光导管11的主光轴C1可以与第一空心光导管121的主光轴C2平行，且实心光导管11的主光轴C1可以与实心光导管11的长度方向f0平行。

如图3所示，图3是图2所示的光导管组件的透视结构示意图，第一空心光导管121位于第一位置A1时，实心光导管11的出光口111与第一空心光导管121的入光口1211连接。第一空心光导管121位于第一位置A1即指第一空心光导管121的入光口1211所在的一端位于第一位置A1，第一位置A1可以靠近实心光导管11的出光口111。如此，光束从实心光导管11的入光口112入射实心光导管11，再从实心光导管11的出光口111出射实心光导管11后，进入第一空心光导管121的入光口1211，经由第一空心光导管121后，该光束从第一空心光导管121的出光口1212出射。

如图4所示，图4是本申请实施例示出的另一种光导管组件的透视结构示意图，第一空心光导管121位于第二位置A2时，实心光导管11的出光口111用于将光束输出光导管组件，第一空心光导管121位于第二位置A2即指第一空心光导管121的入光口1211所在的一端位于第二位置A2，第二位置A2可以靠近实心光导管11的入光口112。此时，光束从实心光导管11的入光口112入射实心光导管11，再从实心光导管11的出光口111出射，第一空心光导管121位于实心光导管11的外侧，可以不接收光束。

如图3所示，第一空心光导管121的出光口1212的尺寸与实心光导管11的出光口111的尺寸不同，即该光导管组件可以输出两种不同尺寸的光束，可以用于匹配不同尺寸的光阀。

综上所述，本申请实施例提供了一种包括沿光路方向依次设置的光导管组件、棱镜组件以及光阀的照明系统，其中，光导管组件包括实心光导管以及空心光导管单元的光导管组件，空心光导管单元包括套在实心光导管外的第一空心光导管，第一空心光导管能够在实心光导管的长度方向上的两个位置间移动，以使得光束能够从第一空心光导管的出光口或者实心光导管的出光口输出。由于第一空心光导管的出光口的尺寸与实心光导管的出光口的尺寸不同，该光导管组件可以输出两种不同尺寸的光束，使得该光导管组件可以适配两种不同尺寸的光阀，进而使得该照明系统可以适配两种不同尺寸的光阀。可以解决相关技术中照明系统的适配性较低的问题，达到了提高照明系统的适配性的效果。

可选地，空心光导管单元还包括管状的套接件，套接件与第一空心光导管的入光口连接，且套在实心光导管外，套接件的内壁的形状以及尺寸与实心光导管的外壁的形状以及尺寸匹配。

可选地，第一空心光导管的入光口的尺寸小于第一空心光导管的出光口的尺寸。

可选地，第一空心光导管的出光口的尺寸与第一尺寸的光阀匹配。

可选地，实心光导管的出光口的尺寸与第二尺寸的光阀匹配，第二尺寸小于第一尺寸。

可选地，光导管组件还包括承载支架，承载支架包括活动连接的第一支架和第二支架，第一支架和第二支架能够沿第一方向相对移动，第一空心光导管安装于第一支架上，实心光导管安装于第二支架上，实心光导管的长度方向与第一方向平行。

可选地，空心光导管单元还包括套在第一空心光导管外的第二空心光导管。

可选地，光阀的尺寸为第一尺寸，第一空心光导管处于第一位置，实心光导管的出光口与第一空心光导管的入光口连接，第一空心光导管的出光口的尺寸与第一尺寸的光阀匹配。

可选地，光阀的尺寸为第二尺寸，光导管组件中的第一空心光导管处于第二位置，实心光导管的出光口的尺寸与第二尺寸的光阀匹配。

可选地，如图3所示，空心光导管单元12还包括管状的套接件122，套接件122与第一空心光导管121的入光口1211连接，且套在实心光导管11外，套接件122的内壁的形状以及尺寸与实心光导管11的外壁的形状以及尺寸匹配，套接件122内壁与实心光导管11的外壁之间的间隙小于或等于0.1毫米。

套接件122可以与第一空心光导管121的入光口1211所在的一端胶合连接，套接件122也可以与第一空心光导管121为一体件，以使得套接件122可以带动第一空心光导管121在实心光导管11的长度方向上的第一位置A1和第二位置A2间移动。

可选地，如图5所示，图5为图3所示的光导管组件的截面(该截面与实心光导管的长度方向平行，且与实心光导管相交)结构示意图，第一空心光导管121的入光口1211的尺寸小于第一空心光导管121的出光口1212的尺寸。第一空心光导管121的入光口1211用于接收实心光导管11的出光口111出射的第一光束，经过第一空心光导管121，由第一空心光导管121的出光口1212出射第二光束，相对于第一光束，第二光束的尺寸较大，则第一空心光导管121可以用于调节光束尺寸，使得光导管组件的尺寸可调节，增大了光导管组件的适配性。

如图2所示，实心光导管11沿其长度方向f0的长度范围为26毫米～35毫米；第一空心光导管121沿实心光导管11的长度方向f0的长度范围为8毫米～20毫米；套接件122沿实心光导管11的长度方向f0的长度范围为3毫米～6毫米。套接件122可以起到沿光导管组件的径向固定第一空心光导管121的作用，光导管组件的径向所在的方向可以与实心光导管11的长度方向f0垂直。

可选地，如图6所示，图6是图1所示的照明系统中的光导管组件与光阀的结构示意图，当第一空心光导管121位于第一位置A1时，光源发出的光束入射实心光导管11的入光口112，经过实心光导管11后，由实心光导管11的出光口111出射，再入射第一空心光导管121的入光口1211，经由第一空心光导管121后由第一空心光导管121的出光口1212出射，如此，光源发出的光束可以经过光导管组件中的实心光导管11和第一空心光导管121后射出光导管组件，第一空心光导管121的出光口1212的尺寸与第一尺寸的光阀301匹配。光导管组件可以将光源发射出的光束匀化后输出至光阀，且输出的光束的形状与尺寸符合光阀的形状以及尺寸，光束经过光阀处理后，射向投影镜头。

不同尺寸的光阀具有不同的外围光斑(英文：overfill)，外围光斑即指光机系统中照射至光阀的光束中，超出光阀的接收光束面积的能量与光束总能量的比值。光导管组件可以通过调节出光口的尺寸以控制输出光导管组件的光束的尺寸，进而可以通过调节出光口的尺寸以调节光阀的外围光斑，即光导管组件中的出光口的尺寸可以与光阀的尺寸相匹配。

可选地，如图7所示，图7是本申请实施例提供的另一种光导管组件与光阀的结构示意图，当第一空心光导管121位于第二位置A2时，光源发出的光束入射实心光导管11的入光口112，经过实心光导管11后，由实心光导管11的出光口111出射，如此，光源发出的光束可以经过光导管组件中的实心光导管11后出射，实心光导管11的出光口111的尺寸与第二尺寸的光阀302匹配。

由于实心光导管11的出光口111的尺寸小于第一空心光导管121的出光口1212的尺寸，则实心光导管11的出光口111出射的光束的尺寸小于第一空心光导管121的出光口1212出射的光束的尺寸，相应的，上述第二尺寸小于第一尺寸。则该光导管组件可以输出两种不同尺寸的光束，进而可以适配两种不同尺寸的光阀。

可选地，如图8所示，图8是本申请实施例提供的一种承载支架的结构示意图，光导管组件还包括承载支架13，承载支架13包括活动连接的第一支架131和第二支架132，第一支架131和第二支架132能够沿第一方向f1相对移动，第一空心光导管121安装于第一支架131上，实心光导管11安装于第二支架132上，实心光导管11的长度方向f0与第一方向f1平行。第一支架131可以随着第一空心光导管121在实心光导管11的长度方向f0上的第一位置A1和第二位置A2间移动。

承载支架13还包括轨道133，轨道133用于沿实心光导管长度方向f0固定光导管组件，第一支架131和第二支架132可以在轨道133上滑动。轨道133可以包括限位器，该限位器可以用于固定位于第一位置A1处的第一空心光导管121以及位于第二位置A2处的第一空心光导管121，可以避免第一空心光导管121在实心光导管11外侧滑动时，与实心光导管11脱离。

承载支架13，可以适应不同长度的光导管组件，在光导管组件改变长度时，使光导管组件仍然可以固定设置于轨道133上，保持光导管组件的光束传递路径，可以避免从光导管组件射出的光束的主光轴方向发生变化。

可选地，空心光导管单元还包括套在第一空心光导管外的第二空心光导管。第二空心光导管的入光口可以与第一空心光导管的出光口连接，第二空心光导管的入光口可以小于第二空心光导管的出光口，如此，光源发出的光束可以经过实心光导管、第一空心光导管以及第二空心光导管，由第二空心光导管的出光口出射，即该光导管组件可以输出第三种尺寸的光束，即可以匹配第三种尺寸的光阀，进而可以提高光导管组件的适配性。

如图1所示，照明系统中的光导管组件10可以出射两种尺寸的光束，光阀30可以为第一尺寸或者第二尺寸。照明系统还可以包括透镜组件40，反射镜50。透镜组件40可以包括沿光路方向依次设置的第一透镜401，第二透镜402，和第三透镜403，第一透镜401可以为球面透镜，也可以为非球面透镜；第二透镜402可以为球面透镜，也可以为非球面透镜；第三透镜403可以为球面透镜，也可以为非球面透镜。具体透镜规格选择本申请实施例在此不做限定。

反射镜50用于将接收的光束反射向第三透镜403，可以使得光阀30完整的接收光导管组件10射出的光，即该反射镜50，可以折叠照明光路，满足光阀30的入光要求，另一方面用以调整光导管组件10、棱镜组件20以及光阀30的相对位置关系。

其中，坐标轴中z方向平行于光导管组件10的主光轴，x方向与y方向垂直，且x方向与y方向所在平面垂直于z方向。光导管组件10包括实心光导管11以及第一空心光导管121，光束可以经过实心光导管11以及第一空心光导管121，从第一空心光导管121的出光口出射后，或者光束可以经过实心光导管11，从实心光导管11的出光口出射后，透射第一透镜401以及第二透镜402，射至反射镜50，反射镜50改变光束传播方向，将光束折射至棱镜组件20，棱镜组件20将光束导向光阀30。

如图9所示，图9是图1所示的照明系统沿光导管组件的主光轴看向光导管组件的结构示意图，光束经过第三透镜403入射棱镜组件20，再经过棱镜组件入射光阀30。

可选地，如图1所示，光阀30的尺寸为第一尺寸，光导管组件中的第一空心光导管121处于第一位置，实心光导管11的出光口与第一空心光导管121的入光口连接，第一空心光导管121的出光口的尺寸与第一尺寸的光阀30匹配。如此，光束可以经过实心光导管11以及第一空心光导管121以后出射。

可选地，如图10所示，图10是本申请实施例提供的另一种照明系统的结构示意图，照明系统包括沿光路方向依次设置的光导管组件10、棱镜组件20、光阀30以及透镜组件40，光阀30的尺寸为第二尺寸，光导管组件10中的第一空心光导管处于第二位置，实心光导管的出光口的尺寸与第二尺寸的光阀30匹配。如此，光束可以经过光导管组件10中的实心光导管以后出射。

可选地，照明系统设计时，光导管组件的入射端面的入射光角度和物面尺寸可以按照实心光导管的入射角度和入口端尺寸进行设计，光导管组件的出射端面，当只使用实心光导管时，出射光角度和物面尺寸可以按实心光导管的出射角度和出口端尺寸进行计算，由于实心光导管的入光口可以与出光口相同，出射光角度和物面尺寸也可以按照光导管的入射角度和入口端尺寸进行设计；当同时使用实心光导管和第一空心光导管时，出射光角度和物面尺寸可以按照第一空心光导管的出射角度和出口端尺寸进行计算。

可选的，对于实心光导管，入光口所在的一端的光学扩展量和出光口所在的一端的光学扩展量守恒，设实心光导管的入光口所在的一端的面积为A，入光角度为α，由于实心光导管的出光口所在的一端的面积与入光口所在的一端的面积相同，光束的出光角度也相同；则实心光导管可以满足以下公式：

πAsin

对于第一空心光导管，入光口所在的一端的光学扩展量和出光口所在的一端的光学扩展量守恒，设入光口所在的一端的面积为B，出光口所在的一端的面积为C，入光角度为θ，出光角度为β。则第一空心光导管可以满足以下公式：

πBsin

第一空心光导管主要是由四片光学元件所组成，组装时可以使用治具固定四片光学元件，再将用于粘合的胶体涂于光学元件的交接处，使该四片光学元件相互接合。由于，第一空心光导管的内表面具有反射层，因此当光源所发射的光束经由第一空心光导管的入光口进入第一空心光导管后，经由反射层多次反射后由第一空心光导管的出光口输出，可使光线亮度变得均匀化，也可以在第一空心光导管内壁镀上反射物质，比如银，可以用来传导光束。实心光导管可以为石英材质，通过使得光束在实心光导管的内部产生全反射来传导光束。

光阀可称为数字微镜器件(英文：Digital Micromirror Device；简写：DMD)。则该光导管组件可以输出两种不同尺寸的光束，进而可以适配两种不同尺寸的光阀，示例性的，第二尺寸的光阀为0.47英寸的数字微镜器件，第一尺寸的光阀为0.66英寸的数字微镜器件。数字微镜器件可以看做是由许多微反射镜构成的一种光开关，即利用旋转微反射镜实现光开关的开合，镜片的多少由显示分辨率决定，一个小镜片对应一个像素，微反射镜是其最小的工作单位，也是影响其性能的关键。微反射镜的体积非常小，但是依然拥有不同于液晶的复杂机械结构——每块微反射镜都有独立的支撑架，并围绕铰接斜轴进行正或者负n度(n＞0)进行的偏转。在微反射镜的两角布置了两个电极，可以通过电压控制微反射镜的偏转。

微反射镜是依靠反射光线工作的，在微反射镜开启状态时(英文：On State，即指微反射镜偏转+n度)，即入射光线(光源)的入射角达到n度，反射角亦达n度(两者相加即是2n度)，此时镜头可以接收到的光线的能量最大；若微反射镜偏向关闭状态时(英文：OffState，即指微反射镜偏转-n度)，此时镜头接收到的光线的能量最小，亮度最低。

该照明系统可以为双远心光学系统，双远心光学系统即为物方和像方均为远心架构的光学系统。

综上所述，本申请实施例提供一种包括沿光路方向依次设置的光导管组件、棱镜组件以及光阀的照明系统，其中，光导管组件包括实心光导管以及空心光导管单元，空心光导管单元包括套在实心光导管外的第一空心光导管，第一空心光导管能够在实心光导管的长度方向上的两个位置间移动，以使得光束能够从第一空心光导管的出光口或者实心光导管的出光口输出。由于第一空心光导管的出光口的尺寸与实心光导管的出光口的尺寸不同，该光导管组件可以输出两种不同尺寸的光束，使得该光导管组件可以适配两种不同尺寸的光阀，进而使得该照明系统可以适配两种不同尺寸的光阀。可以解决相关技术中照明系统的适配性较低的问题，达到了提高照明系统的适配性的效果。

本申请实施例提供了一种激光投影设备，该激光投影设备包括上述的照明系统。该激光投影设备还包括光源组件、照明系统以及投影镜头。光源组件可以包括红色激光光源、蓝色激光光源以及绿色激光光源，用以产生各颜色的光。

照明系统可以包括光导管组件、光路组件以及光阀，光导管组件可以接收到来自光源组件的光束，之后将其传导至光路组件，光路组件可以具有多个透镜或者反射镜，用以将光传送至光阀，光阀将光束进行处理后，输出成像光束至投影镜头。投影镜头可以将所接收到的成像光束投影至目标物(如显示器)上。

该光导管组件可以包括实心光导管以及第一空心光导管，实心光导管以及空心光导管可以出射不同尺寸的光束，用以搭配不同尺寸的光阀，可以提高照明系统的适配性，进而可以提高激光投影设备的适用范围。

综上所述，本申请实施例提供一种激光投影设备，该激光投影设备包括照明系统，照明系统中的光导管组件包括实心光导管以及空心光导管单元，其中空心光导管单元包括套在实心光导管外的第一空心光导管，第一空心光导管能够在实心光导管的长度方向上的两个位置间移动，以使得光束能够从第一空心光导管的出光口或者实心光导管的出光口输出。由于第一空心光导管的出光口的尺寸与实心光导管的出光口的尺寸不同，该光导管组件可以输出两种不同尺寸的光束，使得该光导管组件可以适配两种不同尺寸的光阀，进而使得该照明系统可以适配两种不同尺寸的光阀。可以解决相关技术中照明系统的适配性较低的问题，达到了提高照明系统的适配性的效果。

在本申请中，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。